(57)【要約】      （修正有）【課題】発電電圧が低い状態においても、透明電極からの電子の逆流を防止できる色素増感型太陽電池の集電線形成方法、及びそれを用いた色素増感型太陽電池を提供する。【解決手段】集電線１を形成する金属を、透明電極２を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の金属を選択して形成することで、集電線１を形成する金属と透明電極２を形成するｎ型半導体との間にショットキー障壁と呼ばれるエネルギー障壁が生じ、透明電極２が負、集電線１が正の場合に電流が流れやすく、その逆では電流が流れにくい整流性接触と呼ばれる状態となることから、発電電圧が低い状態においても、透明電極２からの電子の逆流を防止できる集電線１を形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、対向基板と、半導体材料に増感色素を担持させた光電極層と、電解質層と、前記透明基板に透明電極が、対向基板に対向電極が設けられ、少なくとも前記透明電極がｎ型半導体材料により形成され、該透明電極に金属製の集電線が電気的に接触されて設けられた色素増感型太陽電池の集電線形成方法であって、前記透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の金属を選択して前記集電線を形成することを特徴とする色素増感型太陽電池の集電線形成方法。
【請求項２】
前記集電線を形成する金属は、Ａｕ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｔｅからなる群から選ばれた少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池の集電線形成方法。
【請求項３】
透明基板と、対向基板と、半導体材料に増感色素を担持させた光電極層と、電解質層と、前記透明基板及び対向基板に設けられ、ｎ型半導体材料からなる透明電極及び対向電極とを備え、少なくとも前記透明電極に金属製の集電線が電気的に接触されて設けられた色素増感型太陽電池の集電線形成方法であって、前記透明電極と集電線との間に接触層が介在され、前記透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の材料を選択して前記接触層を形成することを特徴とする色素増感型太陽電池の集電線形成方法。
【請求項４】
前記接触層を形成する金属は、Ａｕ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｔｅからなる群から選ばれた少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の色素増感型太陽電池の集電線形成方法。
【請求項５】
色素増感型太陽電池は、請求項１〜４のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の集電線形成方法により作製された電極基板を用いて形成されていることを特徴とする
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池の電極上に配置され、電極の表面抵抗を低減させて変換効率を高める集電線の形成方法及びそれを用いた色素増感型太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
色素増感型太陽電池の透明電極や陽極となる導電性被膜や半導体層からなる電極は、金属酸化物等の金属材料より電気抵抗の大きい材料を用いて形成されることから、色素増感型太陽電池の形成においては導電性被膜の表面に金属材料からなる集電線を設けて表面の電気抵抗を大幅に低減し、かつ光の透過量をそれ程低下させないようにすることで変換効率を高めることができる。
【０００３】
かかる集電線の形成方法としては、ガラス表面に設けられた透明導電膜の表面上に銀、クロム、ニッケルまたは金をスパッタしてシード層を設け、シード層上にドライレジストフィルムを貼り、露光、現像して、グリッドの平面形状のパターンを有するマスクを形成し、さらにベーキング、活性化処理を施したのち、マスクから露出しているシード層上にシード層を一方の電極として金メッキを施し、グリッドとなる金層を形成する。この後、残っているマスクを剥離、除去し、マスクの下に残ったシード層をエッチング除去し、全体を加熱してグリッドとなる金層と、金層の下にあるシード層の銀とを合金化してから、全体を洗浄するなどして透明導電膜の上に金属薄膜からなるグリッドを設ける光電変換素子用導電性ガラスの集電線の形成方法が開示されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０３６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のような従来の集電線形成方法では、導電性が高く、また電極上に形成するのが比較的容易である適当な金属を選択して集電線を形成しているものであり、かかる集電線では、光の照度が小さく色素増感型太陽電池の発電電圧が低い状態において、透明電極を形成しているＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）やＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）等のｎ型半導体材料に電子が逆流する恐れがあり、この逆流により発電効率が低下したり、また逆流を防止するために逆流防止ダイオード等の電流逆流防止手段を設けたりする必要があるものであった。
【０００６】
本発明は上記の如き課題に鑑みてなされたものであり、発電電圧が低い状態においても、透明電極からの電子の逆流を防止できる色素増感型太陽電池の集電線形成方法、及びそれを用いた色素増感型太陽電池を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は以下のような構成としている。すなわち、本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法は、透明基板と、対向基板と、半導体材料に増感色素を担持させた光電極層と、電解質層と、前記透明基板に透明電極が、対向基板に対向電極が設けられ、少なくとも前記透明電極がｎ型半導体材料により形成され、該透明電極に金属製の集電線が電気的に接触されて設けられた色素増感型太陽電池の集電線形成方法であって、前記透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の金属を選択して前記集電線を形成することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法によれば、集電線を形成する金属を、透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の金属を選択して形成することで、集電線を形成する金属と透明電極を形成するｎ型半導体との間にショットキー障壁と呼ばれるエネルギー障壁が生じ、透明電極が負、集電線が正の場合に電流が流れやすく、その逆では電流が流れにくい整流性接触と呼ばれる状態となることから、発電電圧が低い状態においても、透明電極からの電子の逆流を防止できる集電線を形成することができる。
【０００９】
ここで仕事関数とは、金属や半導体の真空準位とフェルミ準位のエネルギー差を示すものである。図３において、（ａ）に示す如く金属Ｍとｎ型半導体Ｎとを接触前で真空準位Ｖとフェルミ準位ＥＦ、ＥＶとの差である仕事関数が金属Ｍでφｍ、ｎ型半導体でφｎとして、φｍ＞φｎとなる材料を選択した場合、その金属Ｍとｎ型半導体Ｎとを接触させると、ｎ型半導体Ｎ内の電子ｅが金属Ｍ側に移動し、ｎ型半導体Ｎにはイオン化したドナーＤが残る。ここで金属Ｍの接触界面は負に帯電し、ｎ型半導体Ｎ側には空乏層Ｋが生じるが、仕事関数がφｍ＞φｎとなされていることで、ｎ型半導体Ｎにはショットキー障壁ｑＶＤと呼ばれるエネルギー障壁が生じ、このショットキー障壁ｑＶＤによって金属Ｍからｎ型半導体Ｎへの電子の移動が妨げられることで、色素増感型太陽電池が発生する発電電圧が低い状態であってもｎ型半導体である透明電極から、金属である集電線への電子の逆流が抑止されるようになされる。逆にφｍ＜φｎの場合には、ショットキー障壁ｑＶＤが生じることのないオーム接触と呼ばれる状態となり、金属Ｍからｎ型半導体Ｎに容易に電子が逆流する状態となる。
【００１０】
また前記集電線を形成する金属は、Ａｕ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｔｅからなる群から選ばれた少なくとも１つであれば、金属の結晶構造の如何に関わらず集電線の仕事関数を高いものとすることができ好ましい。
【００１１】
また本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法は、透明基板と、対向基板と、半導体材料に増感色素を担持させた光電極層と、電解質層と、前記透明基板及び対向基板に設けられ、ｎ型半導体材料からなる透明電極及び対向電極とを備え、少なくとも前記透明電極に金属製の集電線が電気的に接触されて設けられた色素増感型太陽電池の集電線形成方法であって、前記透明電極と集電線との間に接触層が介在され、前記透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の材料を選択して前記接触層を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法によれば、接触層を形成する金属を、透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の金属を選択して形成することで、接触層を形成する金属と透明電極を形成するｎ型半導体との間にショットキー障壁と呼ばれるエネルギー障壁が生じ、透明電極が負、接触層が正の場合に電流が流れやすく、その逆では電流が流れにくい整流性接触と呼ばれる状態となることから、かかる接触層が透明電極と集電線との間に介在することで発電電圧が低い状態においても、透明電極からの電子の逆流を防止できる集電線を形成することができる。
【００１３】
また前記接触層を形成する金属は、Ａｕ、Ｇｅ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｓｅ、Ｓｉ、Ｔｅからなる群から選ばれた少なくとも１つであれば、金属の結晶構造の如何に関わらず集電線の仕事関数を高いものとすることができ好ましい。
【００１４】
また本発明に係わる色素増感型太陽電池は、請求項１〜３のいずれかに記載の色素増感型太陽電池の集電線形成方法により作製された電極基板を用いて形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、発電電圧が低い状態においても電子の逆流が防止されていることで、逆流により発電効率が低下したり、また逆流を防止するために逆流防止ダイオード等の電流逆流防止手段を設けたりする必要がなく、高い発電効率で電流逆流防止手段を設ける必要なく簡便な構成の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法によれば、集電線を形成する金属を、透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の金属を選択して形成することで、集電線を形成する金属と透明電極を形成するｎ型半導体との間にショットキー障壁と呼ばれるエネルギー障壁が生じ、透明電極が負、集電線が正の場合に電流が流れやすく、その逆では電流が流れにくい整流性接触と呼ばれる状態となることから、発電電圧が低い状態においても、透明電極からの電子の逆流を防止できる集電線を形成することができる。
【００１７】
また本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法によれば、接触層を形成する金属を、透明電極を形成するｎ型半導体材料より高い仕事関数の金属を選択して形成することで、接触層を形成する金属と透明電極を形成するｎ型半導体との間にショットキー障壁と呼ばれるエネルギー障壁が生じ、透明電極が負、接触層が正の場合に電流が流れやすく、その逆では電流が流れにくい整流性接触と呼ばれる状態となることから、かかる接触層が透明電極と集電線との間に介在することで発電電圧が低い状態においても、透明電極からの電子の逆流を防止できる集電線を形成することができる。
【００１８】
また本発明に係わる色素増感型太陽電池によれば、発電電圧が低い状態においても電子の逆流が防止されていることで、逆流により発電効率が低下したり、また逆流を防止するために逆流防止ダイオード等の電流逆流防止手段を設けたりする必要がなく、高い発電効率で電流逆流防止手段を設ける必要なく簡便な構成の色素増感型太陽電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係わる最良の実施の形態について、図面に基づき以下に具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法が適用される色素増感型太陽電池の一例を示す縦断面図である。色素増感型太陽電池１０は、透明基板３１と対向基板３２に導電性被膜からなる透明電極２及び対向電極４が各々形成され、透明電極２と対向電極４とが相対向して配置されると共に、透明基板３１側に形成された透明電極２上には、薄膜の多孔質の半導体材料に増感色素を担持させた光電極層５が形成されており、光電極層３と対向電極４との間には、電解質溶液からなる電解質層６が設けられている。透明電極２上には集電線１が設けられており、集電線１は金属材料、透明電極２はｎ型半導体材料を用いて形成されている。
【００２１】
ここで、集電線１を形成する金属材料は、透明電極２を形成するｎ型半導体材料よりも仕事関数の大きい材料を選択して形成されている。例えば、透明電極２を形成するのに最もよく用いられるｎ型半導体材料としてはＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）が挙げられる。かかるＩＴＯを透明基板３１に蒸着等して形成した導電性被膜上にめっきや導電性ペースト等により金属製の集電線１と形成するが、ＩＴＯの仕事関数は４．７〜４．８ｅＶであることから、従来よく用いられてきている銀（仕事関数４．２６ｅＶ）や銅（仕事関数４．６５ｅＶ）では、集電線１から透明電極２へ電子が逆流する恐れがあった。以下の表１に示す如き仕事関数φｍを有する金属材料を用いて集電線１を形成することで、上述の如く電子の逆流を抑制することができる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
集電線１を形成する金属材料と、透明電極２を形成するｎ型半導体材料との仕事関数の差は大きいほど好ましいが、表１に示したものの内、仕事関数が多く且つ集電線１としての形成が容易であるＡｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｓｅ等をとりわけ好適に用いることができる。また形成した集電線１は、適宜保護材により被覆して電解質層による腐食等を防止するのが好ましい。
【００２４】
尚、本実施形態においては、透明電極２上に集電線１を形成しているが、集電線１を透明基板３１上に設けておいて、集電線１上に透明電極２を設けるようにして集電線１を形成してもよい。
【００２５】
図２は、本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法が適用される色素増感型太陽電池の、他の例を示すもので、集電線付近の詳細を示す縦断面図である。透明電極２上に集電線１が形成されているが、集電線１と透明電極２との間には接触層１１が設けられている。集電線１と透明電極２とは直接電気的に接触されておらず、接触層１１を介していることで、集電線１を適宜の導電性材料から形成した場合であっても、接触層１１を形成する金属材料のみを、透明電極２を形成するｎ型半導体材料より大きい仕事関数としておくことで、集電線１から透明電極２への電子の逆流を防止することができる。かかる構成とすることで、ｎ型半導体材料より仕事関数の大きい金属材料は一般にコストの高いものであるが、断面積の小さい接触層１１のみに用いて断面積の比較的大きい集電線１には比較的コストの低いものを用いてコストを低減することができる。また集電線１に、ｎ型半導体材料より仕事関数は小さいが電気抵抗の低い銀や銅等の材料を用いることができ、高い集電効率と電子の逆流防止とを両立させることができる。
【００２６】
接触層１１を形成する金属材料は、仕事関数が透明電極を形成するｎ型半導体材料より大きいものであれば特に限定されるものではないが、上述の、図１における実施形態において示した金属材料をとりわけ好適に用いることができる。また、本実施形態においては、透明電極２上に集電線１を形成しているが、集電線１を透明基板３１上に設けておいて、集電線１上に透明電極２を設けるようにして集電線１を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法が適用される色素増感型太陽電池の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係わる色素増感型太陽電池の集電線形成方法が適用される色素増感型太陽電池の、他の例を示す縦断面図である。
【図３】金属とｎ型半導体の仕事関数の差により生じるショットキー障壁を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    集電線
１１  接触層
２    透明電極
３１  透明基板
３２  対向基板
４    対向電極
５    光電極層
６    電解質層
１０  色素増感型太陽電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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